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电极热稳定性对锂电池安全性的影响

发布时间:2019-02-19 09:23:00  来源:锂电池厂家




正极材料和电解液的热反应被认为是热失控发生的主要原因,提高正极材料的热稳定性尤为重要,在产业界正极材料的开发也更受关注,除了有其价格较高、利润较大的原因外,它在电池安全性中的重要地位也是其备受关注的一个重要原因。与负极材料一样,正极材料的本质特征决定了其安全特征。LiFePO4由于具有聚阴离子结构,其中的氧原子非常稳定,受热不易释放,因此不会引起电解液的剧烈反应或燃烧;而其他过渡金属氧化物正极材料,受热或过充时容易释放出氧气,安全性差。而在过渡金属氧化物当中,LiMn2O4在充电态下以λ-MnO2形式存在,由于它的热稳定性较好,所以这种正极材料也相对安全性较好。此外,也可以通过体相掺杂、表面处理等手段提高正极材料的热稳定性。

通常负极材料热稳定性是有其材料结构和充电负极的活性决定的。对于碳材料,球形碳材料,如中间相碳微球(MCMB)相对于鳞片状石墨,具有较低的比表面积,较高的充放电平台,所以其充电态活性较小,热稳定性相对较好,安全性高。而尖晶石结构的Li4Ti5O12,相对于层状石墨的结构稳定性更好,其充放电平台也高得多,因此热稳定性更好,安全性更高。因此,目前对安全性要求更高的动力电池中通常使用MCMB或Li4Ti5O12代替普通石墨作为负极。通常负极材料的热稳定性除了材料本身之外,对于同种材料,特别是石墨来说,负极与电解液界面的固体电解质界面膜(SEI)的热稳定性更受关注,而这也通常被认为是热失控发生的第一步。提高SEI膜的热稳定性途径主要有两种:一是负极材料的表面包覆,如在石墨表面包覆无定形炭或金属层;另一种是在电解液中添加成膜添加剂,在电池活化过程中,它们在电极材料表面形成稳定性较高的SEI膜,有利于获得更好的热稳定性。

锂离子电池的安全问题是不安全电解质直接导致的,但从根源上来说,是因为电池本身的稳定性不高,热失控的出现导致的。而热失控的发生除了电解质的热稳定性原因,电极材料的热稳定性也是最重要的原因之一,所以提高电极材料的热稳定性也是提高电池安全性的重要环节,但是这里所说的电极材料热稳定性不但包括其自身的热稳定性,也要包括其与电解质材料相互作用的热稳定性。


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